LNG改裝技術(shù)

柴油汽車改用LNG燃料的技術(shù)關(guān)鍵在于對發(fā)動(dòng)機(jī)（包括點(diǎn)火系統(tǒng)）、燃料

供應(yīng)系統(tǒng)以及相應(yīng)控制系統(tǒng)的改裝。其中，柴油一LNG雙燃料摻燒技術(shù)是以原

車的柴油機(jī)為基礎(chǔ)，保留原機(jī)基本結(jié)構(gòu)和壓燃點(diǎn)火方式，通過限制柴油噴射量,

用天然氣替代的方式“限油補(bǔ)氣”，兩種燃料進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)摻燒為汽車提供動(dòng)力。

LNG單燃料汽車則是用LNG燃料供應(yīng)系統(tǒng)全面替代原柴油供應(yīng)回路，并對原柴

油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行包括增加電火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)、調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比、重新設(shè)計(jì)控制單

元等內(nèi)容的改造，氣相LNG燃料進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)為汽車提供動(dòng)力。

L改裝內(nèi)容

因?yàn)椴裼团c天然氣是兩種不同性質(zhì)的燃料，在相態(tài)、燃燒特性等諸多方面都

存在較大差異，因而，將柴油汽車改裝成LNG汽主，除了重點(diǎn)對發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行

改裝之外，還涉及許多其他環(huán)節(jié)。一般情況下，要改裝1輛柴油汽車，完整的

改裝內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；ECU（電子控制單元）控制系統(tǒng)；執(zhí)行系統(tǒng)；天

然氣供給系統(tǒng)；發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)；燃料流量控制系統(tǒng)等。涉及柴油汽車改裝的

主要零部件如圖所示。

涉及柴油汽車改裝的主要零部件示意圖

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

增加或調(diào)整諸如LNG儲氣瓶壓力、進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸前的天然氣壓力、天然氣

溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度、冷卻水溫度、節(jié)氣門開度、曲軸位置等相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測單

元，并將所有監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳給電子控制單元（ECU）o

ECU控制系統(tǒng)

由于增加或調(diào)整了許多數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，且部分控制回路按照需要進(jìn)行了重新調(diào)

整，因而，ECU控制系統(tǒng)也必須相應(yīng)地進(jìn)行重新設(shè)置，重點(diǎn)是合理調(diào)控柴油量、

燃?xì)饬恳约皟煞N燃料噴入的時(shí)間，對助燃空氣量進(jìn)行控制。

執(zhí)行系統(tǒng)

增設(shè)LNG儲氣瓶超壓保護(hù)系統(tǒng)、燃?xì)庑孤┍O(jiān)測系統(tǒng)等。

天然氣供給系統(tǒng)

包括LNG車載瓶（LNG儲存與增壓）、水浴式汽化器（將LNG由液態(tài)轉(zhuǎn)換

成氣態(tài)）、壓力調(diào)節(jié)裝置（調(diào)節(jié)并穩(wěn)定進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的天然氣壓力）以及相應(yīng)的

管路與閥門。

發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

燃燒和進(jìn)氣控制是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。柴油一LNG摻燒汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)

系統(tǒng)仍保留原機(jī)結(jié)構(gòu)和壓燃點(diǎn)火方式，壓縮比也不改變，因而，改裝內(nèi)容相對

較少。主要改裝內(nèi)容是天然氣與空氣混入點(diǎn)位置及壓力的確定、混入時(shí)間、流量

控制、油氣比調(diào)整等。

而將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)改裝成單燃料LNG發(fā)動(dòng)機(jī)（實(shí)質(zhì)上就是CNG汽車發(fā)動(dòng)機(jī)），

則改裝工作量極大，幾乎相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)整體更換，需要增加天然氣火花塞點(diǎn)

火系統(tǒng)，改變發(fā)動(dòng)機(jī)缸套與活塞的配合間隙、配氣相位，精確控制燃?xì)馀c空氣的

混合比等。

2.柴油一LNG摻燒汽車的改裝

柴油一LNG雙燃料摻燒汽車改裝的核心部位在于燃料供應(yīng)系統(tǒng)、柴油油量限

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LNG儲就-

制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)這3部分，下圖是改裝后的柴油一LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系

統(tǒng)示意圖。

從上圖可以看出，LNG供氣部分主要由LNG悌罐、溢流閥、低溫金屬軟管、

水浴式氣化器、電磁假、天然氣減壓調(diào)節(jié)器、動(dòng)力調(diào)節(jié)閥以及混合器等組成。柴

油油量控制部分用于控制雙燃料工作狀態(tài)下的引燃油量，它主要由油門執(zhí)行器和

推桿組成。電子控制系統(tǒng)則主要由電子控制單元（ECU）、油門位置傳感器、轉(zhuǎn)

速傳感器、控制線路等組成。

這種雙燃料摻燒發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中被壓縮的介質(zhì)，將不是原柴油機(jī)中的純空氣，

而是“天然氣+空氣”混合氣，發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)和怠速工況下均使用柴油，汽車

行駛過程中，ECU依據(jù)行駛速度、發(fā)動(dòng)機(jī)油門位置、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，經(jīng)過運(yùn)算后輸

出控制指令,分別控制進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的柴油、天然氣與空氣量,實(shí)現(xiàn)三者合理配比。

一般情況下，以現(xiàn)有的改裝技術(shù)，天然氣摻燒量可在0?70%之間調(diào)整，柴油

供給量保持在30%?100%,汽車在高速平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，天然氣摻燒量要大

一些。

目前，幾種較為先進(jìn)的雙燃料摻燒發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)為：

1）高壓直噴技術(shù)。天然氣和引燃柴油一樣，直接由噴嘴噴入氣缸內(nèi)。當(dāng)汽缸

中的空氣被壓縮到接近沖程末點(diǎn)時(shí)，按照一定配比的柴油與天然氣先后通過同一

個(gè)燃料噴射孔，以很高壓力直接噴入汽缸內(nèi)混合燃燒而做功。引燃柴油先于天然

氣噴入氣缸實(shí)施點(diǎn)火，隨后噴入12T6MPa壓力的天然氣。依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工

況，電子控制系統(tǒng)發(fā)出指令，準(zhǔn)確控制進(jìn)入氣缸的柴油與天然氣量以及噴入的時(shí)

間。

2）正壓單點(diǎn)噴射技術(shù)。采用多個(gè)可控制天然氣流量的高壓電磁噴射閥及ECU

電控單元等，組成單點(diǎn)噴射供氣系統(tǒng)。經(jīng)調(diào)壓器調(diào)壓后的天然氣以高于進(jìn)氣總管

中空氣的壓力通過上述高壓電磁閥控制流量后，經(jīng)由進(jìn)氣噴嘴從中冷器之后為進(jìn)

氣總管噴入（即單點(diǎn)噴射），與空氣混合后進(jìn)入各個(gè)氣缸，形成可燃混合氣。

電控單元以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油門踏板位置、冷卻水溫度、量控制閥，以此精確控制

引燃油量和天然氣流量及噴射時(shí)刻，滿足不同工況下空燃比的要求。采用這種技

術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其天然氣摻燒率可達(dá)到較高水平，但改裝費(fèi)用很大。

3）模糊電控雙燃料混燃技術(shù)。該類發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)有3大特點(diǎn)：①ECU電控系

統(tǒng)采用了模糊優(yōu)選控制軟件技術(shù)；②進(jìn)氣系統(tǒng)的天然氣與空氣在具有特殊控道

的混合器里進(jìn)行混合，并對混合氣體進(jìn)行增壓與中冷（針對增壓發(fā)動(dòng)機(jī)）：③與

高壓直噴技術(shù)、正壓單點(diǎn)噴射技術(shù)不同，該技術(shù)對天然氣的供氣壓力沒有要求c

除發(fā)動(dòng)機(jī)本體之外，與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)息息相關(guān)、起引燃作用的柴油控制回路也

是改裝雙燃料摻燒車的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容，可直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的排放

指標(biāo)。其改裝的宗旨是盡可能減少引燃柴油使用量，以利于提高LNG摻燒率，減

少污染物的排放。

目前，國內(nèi)外對雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究主要集中在燃燒特性及排放特性、燃燒

模型、稀薄燃燒技術(shù)、油氣電子調(diào)節(jié)與控制、控制排放的缸內(nèi)燃燒技術(shù)、機(jī)外催

化技術(shù)和廢氣再循環(huán)技術(shù)等多個(gè)方面，其技術(shù)發(fā)展趨勢可概括為3個(gè)方面：①稀

薄燃燒技術(shù)；②爆震控制技術(shù)；③電控多點(diǎn)順序噴氣技術(shù)。

3.單一燃料LNG汽車的改裝

對其發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的改裝實(shí)質(zhì)上就是將原車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)變?yōu)榧兲烊粴獍l(fā)動(dòng)機(jī),

主要改裝內(nèi)容是發(fā)動(dòng)機(jī)再制造和發(fā)動(dòng)機(jī)總成互換，包括設(shè)置火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)，重

新確定壓縮比，并對燃燒室、汽缸、活塞蓋、排氣管、進(jìn)氣門、座圈、凸輪軸等

進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括：

1）降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度的冷卻系統(tǒng)改造。

2）發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑油冷卻改造。

3）發(fā)動(dòng)機(jī)氣門座墊冷卻改造，氣門油封的更改，新的活塞環(huán)的更換。

4）降低發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，設(shè)計(jì)新凸輪軸。

5）安裝新的點(diǎn)火系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋安裝火花塞。

6）安裝曲軸位置或凸輪位置傳感器以及信號出發(fā)盤。

柴油汽車改裝為單一燃料LNG汽車，其改裝推度大、成本高，技術(shù)要求也高。

通常情況下不是客戶的首選方案。

4.柴油改裝車的適用對象及特點(diǎn)

1）通過分析上述各類發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理后不難發(fā)現(xiàn)，柴油一LNG摻燒車比

較適用于城際大巴、長途客車、中型和重型柴油運(yùn)輸車等起步停車次數(shù)少、怠速

時(shí)間較短的車輛，單燃料LNG汽車則適用于城市公交車等起步停車次數(shù)多、怠速

時(shí)間較長的車輛。

2）相對來講，柴油一LNG摻燒汽車的優(yōu)點(diǎn)較為突出：保持了原柴油機(jī)的高

壓縮比，高熱效點(diǎn)火能量大，能確保氣體燃料著火穩(wěn)定，避免失火現(xiàn)象產(chǎn)生；多

個(gè)點(diǎn)火源可加快氣體燃料的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，有利干提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，保證發(fā)

動(dòng)機(jī)在較寬的空燃比范圍內(nèi)工作，并可實(shí)現(xiàn)較稀薄的燃燒；發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改動(dòng)小，

各部件與原機(jī)型之間具有良好的互換性，從而降低了改裝成本；基本上不影響原

柴油機(jī)工作模式，操作簡單，車輛運(yùn)行平穩(wěn)；發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩與原機(jī)基本一致，

能滿足需要。

3）無論是柴油一LNG摻燒車還是單一燃料LNG車，改裝車的動(dòng)力性均有所

下降，主要表現(xiàn)在同等檔位情況下“爬長坡”時(shí)較以前“略感吃力”，有時(shí)必

須降一檔才能實(shí)現(xiàn)，但在平直路面上，駕駛感覺良好，盡管加速時(shí)間略長，但加

速性能變化并不是太大。

5.柴油改裝車的性能

1）動(dòng)力性能

汽車動(dòng)力指標(biāo)主要由最高車速、加速能力和最大爬坡度來表示，其影響因素

有發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩，變速器的傳動(dòng)比分布，整車的總體重量等重要指標(biāo)，天

然氣為動(dòng)力與柴油的比較發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率、最大扭矩等主要參數(shù)相當(dāng)，只是其

加速性能略有下降。柴油車改裝后，雙燃料車發(fā)動(dòng)機(jī)在額定工況（車速超過65km

/h）工作時(shí)。

2）排放指標(biāo)

柴油改裝車排放指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，排放性能優(yōu)于原車，其中，顆粒物、CO,、

N0X的排放數(shù)據(jù)比原柴油發(fā)動(dòng)機(jī)分別降低40%、10%、9%,但HC與C0排放

數(shù)據(jù)略高于純柴油模式。

排放檢驗(yàn)項(xiàng)目國III標(biāo)準(zhǔn)限國IV標(biāo)準(zhǔn)限LNG公交車

柴油車備注

值值檢驗(yàn)值

一氧化碳co

0.845.454.00.007符合國IV

(g/kw.h)

非甲烷碳鼠化合物

NMHE0.220.780.550.027符合國IV

g/kw.h

甲烷CH4

4.481.61.11.29符合國ni

g/kw.h

氮氧化物NOX

5.03.53.32符合國IV

g/kw.h

煙度CO20.3210煙度CO20.3210

3）可靠性能

①LNG的燃點(diǎn)比較高，LNG燃點(diǎn)高于650°